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JPS6147065B2 - - Google Patents
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JPS6147065B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6147065B2
JPS6147065B2 JP54110518A JP11051879A JPS6147065B2 JP S6147065 B2 JPS6147065 B2 JP S6147065B2 JP 54110518 A JP54110518 A JP 54110518A JP 11051879 A JP11051879 A JP 11051879A JP S6147065 B2 JPS6147065 B2 JP S6147065B2
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JP
Japan
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magnetic pole
pole teeth
rotor
coil
magnetic
Prior art date
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Expired
Application number
JP54110518A
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Japanese (ja)
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JPS5534899A (en
Inventor
Esu Bea Jon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
WAANAA EREKUTORITSUKU BUREEKU ANDO KURATSUCHI CO
Original Assignee
WAANAA EREKUTORITSUKU BUREEKU ANDO KURATSUCHI CO
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Filing date
Publication date
Application filed by WAANAA EREKUTORITSUKU BUREEKU ANDO KURATSUCHI CO filed Critical WAANAA EREKUTORITSUKU BUREEKU ANDO KURATSUCHI CO
Publication of JPS5534899A publication Critical patent/JPS5534899A/en
Publication of JPS6147065B2 publication Critical patent/JPS6147065B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/10Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
    • H02K37/12Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K37/125Magnet axially facing armature

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Stepping Motors (AREA)
  • Linear Motors (AREA)
  • Synchronous Machinery (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明はステツプ動作をする電動機すなわちス
テツプモータに係り、詳細には、ロータをステツ
プ動作せしめるよう、少なくとも2つの異なるコ
イルを付勢することにより、励磁極性が制御され
且つ円周方向に配列された磁極歯と協動する円周
方向に配列された永久磁石を包有してあるステツ
プモータに関する。 本発明の主目的は外径すなわち容積のわりには
出力が比較的大きなステツプモータを提供するに
ある。 本発明の他の目的は煩雑な工具によることなく
低廉に大量生産可能なステツプモータを提供する
にある。 本発明の別の目的はオフされる時確実に停止す
るのでオフされる直前にシヤフトの占めていたと
同位置にオフ後も出力シヤフトを維持可能なステ
ツプモータを提供するにある。 本発明の更に他の目的は構成が比較的に簡単で
かつ寿命の長いステツプモータを提供するにあ
る。 本発明の他の目的と利点は以下の説明により明
らかであろう。 本発明は、共通軸と前記共通軸に整合されたロ
ータとステータとを備え、更に前記ロータ若しく
はステータの配設せしめられた前記共通軸に直交
する第1の平面内で互いに噛み合う第1の磁極歯
および前記第1の平面に平行する第2の平面内で
互いに噛み合う第2の磁極歯と、前記第1、第2
の磁極歯の外側および内側の磁極歯を夫々異極に
励磁する第1、第2のコイルと、前記第1、第2
の磁極歯の配置されていないロータ若しくはステ
ータに前記第1、第2の磁極歯間に位置するよう
円周方向に互いに離間し且つ隣り合う2つが異極
に配置され、且つ前記第1、第2のコイルにより
励磁された第1、第2の磁極歯間に整合される複
数の永久磁石とを備えてなるステツプモータを提
供しようとするものである。 以下、本発明を好ましい実施例に沿つて説明す
る。 第1図および第2図のステツプモータには、円
盤状のロータ10と、前記ロータ10の前面に
夫々対向した第1のステータ部即ち左部11aお
よび第2のステータ部即ち右部11bを有したス
テータとがを包含されている。ロータ10および
ステータの左部11aと右部11bはシヤフト1
2に対し同軸状に整合され、ロータ10はシヤフ
ト12の端部に付設された非磁性ハブ13の周囲
に装着されている。シヤフト12はハブ13から
左部11a内の非磁性ベヤリングスリーブ14を
貫通して延びている。シヤフト12のスプライン
外端部の溝に挿入されるスナツプリング15と、
非磁性ベヤリングスリーブ14の内端近傍に配置
された非磁性ハブ13とによりシヤフト12は所
定の軸位置に保持される。左部11aおよび右部
11bの内周面は軟鉄等の透磁性材料であるシリ
ンダ16,17により形成されている。左部11
aおよび右部11bの外周面乃至外端面は夫々一
端面の閉塞された筒体18,1により形成されて
いる。即ち、左部11aおよび右部11bの外周
面は夫々前記外周面から所定の間隔をおいて配置
された筒体18,19のシリンダ20,21によ
つて形成され、且つ外端面は前記シリンダ20,
21の一端面を閉塞する円環状の壁面22,23
により区画されている。2組のシリンダ16,2
0および17,21間に、以下に詳述するよう、
モータ軸に対し垂直に延びる多数組の互いに噛み
合わされたステータ磁極を好適に付勢するための
一組のコイル24,25が配設されている。ステ
ータの左部11aおよび右部11bはアルミニウ
ムのような非磁性材料によつて形成され、前記左
部11aおよび右部11bの外磁極歯を好適に位
置決めする環状のスペーサ26を介して対向せし
められている。 筒体18,19の対向端面には、夫々同一平面
上をモータ軸に対し垂直に延び互いに噛み合わさ
れた磁極31a,32aを有する環状部材31,
32と、他の同一平面上をモータ軸に対し垂直に
延び互いに噛み合わされた磁極33a,34aを
有する環状部材33,34とが配置されている。
環状部材31乃至34は軟鉄のような透磁性材料
で作られている。外側の環状部材31,33は
夫々6個の外側磁極歯31a,33aを包有し、
かつ筒体18,19の閉放端部に穿設された内溝
に嵌合せしめられており、各コイル24,25に
よりシリンダ20,21中に誘起された磁束用の
低磁気抵抗回路を形成している。一方環状部材3
2,34は夫々6個の内側磁極歯32a,34a
を包有し、かつシリンダ16,17と一体に形成
されており、各コイル24,25によりシリンダ
16,17に誘起された磁束用低磁気抵抗回路を
形成している。 ステータの左部11aの内・外側磁極歯31
a,32a間又は右部11bの内・外側磁極歯3
3a,34a間の磁束の漏れを最小限に押えるた
め、環状部材31,32の磁極歯の対向面および
環状部材33,34の磁極歯の対向面は半径方向
および円周方向について互いに好適に離間されて
いる。更に詳述するに、磁極歯31a,32aは
半径方向に延びるギヤツプ35および円周方向に
延びるギヤツプ36を介して対向されており、磁
極歯33a,34aは半径方向に延びるギヤツプ
37および円周方向に延びるギヤツプ38を介し
て対向されている(第3図および第4図参照)。
ギヤツプ35〜38は十分に大きく、互いに隣接
する磁極歯31a,32a間若しくは互いに隣接
する磁極歯33a,34a間に流れる磁束より
も、磁極歯31a〜34aとシリンダ16,1
7,20,21若しくはロータ10の永久磁石と
の間に流れる磁束の方が圧倒的に多量である。図
示の実施例の場合、ステータの各左・右部には
夫々円周方向に等間隔に配置され互いに噛み合わ
された12個の磁極歯が包含されているが、磁極歯
の数を違えればステツプ角を変えうることは明ら
かであろう。 次にロータ10について説明する。永久磁化
(以下、PMと記す)領域40がハブ13に固設さ
れた1つのセラミツクリング41の周側近傍に等
間隔をおいて離間配置されている。PM領域40
の中心はロータ10に対向配置されたステータの
磁極歯31a乃至34aのモータ軸からの距離と
ほぼ同じ距離だけモータ軸から離間されている。
従つて一組の磁気ギヤツプ42,43がPM領域
40の両端面と磁極歯31a乃至34aとの間に
形成されている。PM領域40はすべてモータ軸
の方向に、且つ第3図にN,Sで示したように互
いに隣り合う領域が逆方向に磁化されている。所
望なら、ハブ13に固設された非磁性支承体に永
久磁石を装着してロータを形成してもよい。 左部11aおよび右部11bのシリンダ20,
21を磁気シールドする環状スペーサ26がロー
タ10を囲繞しているので、左部11aおよび右
部11b間を通過する磁束はロータのPM領域を
通過しなければならない。前記環状スペーサ26
の両側面部には、夫々ステータの内・外側磁極歯
31a,32aおよび33a,34a間のギヤツ
プ中へ延長され、かつ円周方向に互いに離間され
た6個の整合部材51,52が形成されている。
整合部材51,52は、夫々円周方向の所望位置
に2組の内・外側の環状部材31,32および3
3,34を正確に保持している。整合部材51,
52は、夫々互いに隣接する外側磁極歯31a間
および互いに隣接する外側磁極歯34a間に好適
に嵌合され環状部材31,33を適所に保持す
る。内側磁極歯32,34を保持するため整合部
材51,52の内側面には、内側の磁極歯32
a,34aの先端部を受容しかつ保持する中央凹
所51a又は52aが設けられている(52aは
図示せず)。 外側磁極歯31aと内側磁極歯32aとは夫々
コイル24の異なる端面に当接されているので、
互いに隣接する外側磁極歯31aと内側磁極歯3
2aとは反対方向に磁化される。同様に外側磁極
歯33aと内側磁極歯34aとは夫々コイル25
の異なる端面に当接されているので、互いに隣接
する外側磁極歯33aと内側磁極歯34aとは反
対方向に磁化される。コイル24,25はモータ
軸の周囲に巻回されているので、前記コイル24
に隣接するシリンダ16,20中に誘起される磁
束の方向は互いに反対で、且つ前記コイル25に
隣接するシリンダ17,21中に誘起される磁束
の方向も互いに反対である。従つて内側のシリン
ダ16,17に誘起される磁束の方向は夫々外側
のシリンダ20,21に誘起される磁束の方向と
常に反対である。延いては外側の磁極歯31aと
内側の磁極歯32aとの極性は反対で、且つ外側
の磁極歯33aと内側の磁極歯34aとの極性は
反対であり、前記極性はコイル24,25中の電
流の方向によつて決定される。以下に詳述するよ
うに、ロータ10のステツプ動作の方向を制御す
るようコイル24,25の一方を付勢する毎に電
流の方向を反転せしめるスイツチング回路が備え
られている。 ステータの左部11aのコイル24若しくは右
部11bのコイル25が付勢されると、ロータ1
0のPM領域40は最も近い反対極性の磁極歯3
1a〜34aに吸引される。例えば、第3図に示
すようにステータの左部11a磁極歯31a,3
2aを励磁すると、外側のシリンダ20に誘起さ
れた磁束はN極に励磁された外側の磁極歯31a
を通り、更に前記磁極歯31aに対向する端面が
S極であるロータ10中のPM領域40のにはい
る。同時に、ロータ10中のPM領域40のN極
端面から対向するS極に励磁された内側の磁極歯
32aを介して内側のシリンダ16中に誘起され
た磁束へと磁束は流れる。シリンダ16から筒体
18の円環状の壁面22へと磁束が流れる。第3
図の上半分に示した磁束はコイル24,25の少
なくとも一方の励磁電流に変化が生じない限りロ
ータ10を図示の位置に保持する。 ステータの左部11aおよび右部11bには
夫々12個の磁極歯即ち6個の外側磁極歯と6個の
内側磁極歯とが包有されているので、左部11a
および右部11bの磁極歯のピツチは夫々30度で
ある。また右部11bの磁極歯33a,34aは
左部11aの磁極歯31a,32aに対し15度だ
け偏位されている。ロータ10のPM領域40の
ピツチはステータの左部11a若しくは右部11
bの磁極歯のピツチと同一すなわち30度である。
従つて第3図および第3a図に示すように、ロー
タ10のPM領域40が左部11aの磁極歯31
a,32aと整合されると、右部11bの磁極歯
33a,34aはPM領域40間の非磁化領域と
整合される。また、第4図および第4a図に示す
ように、ロータ10のPM領域40が右部11b
の磁極歯33a,34aと整合されると、左部1
1aの磁極歯31a,32aはPM領域間の非磁
化領域と整合される。 ステータの左部11aの磁極歯と右部11bの
磁極歯とが互いに偏位されているので、第3図お
よび第4図において磁束線を用いて示したように
左部11aの磁極歯若しくは右部11bの磁極歯
が右部11bの磁極歯若しくは左部11aの磁極
歯とロータ10のPM領域40とを通過する磁束
の帰路として有効に作用する。即ち、第3図の上
部に示す磁束ループの帰路はステータの右部11
bの内側磁極歯34aにより形成され、前記帰路
の磁気抵抗は内側のシリンダ17および筒体19
からなる地鉄の磁気抵抗に比し顕著に小さい。同
様に、第3図の下部に示す磁束ループの場合、磁
束の帰路は左部11aの内側の磁極歯32aによ
り形成され、前記帰路の磁気抵抗は内側のシリン
ダ16と筒体18からなる地鉄の磁気抵抗に比し
顕著に小さい。 第3図および第4図に示す4磁束ループは、
夫々ロータ10を15度の角度ずつ連続的にステツ
プ動作せしめる場合の4つの異なる駆動状態を示
している。更に詳しく説明するに、第3図の上部
の磁束ループは第1の方向すなわち順方向に流れ
る電流Ifによりコイル24が付勢されていること
を示し、第3図の下部の磁束ループは第1の方向
すなわち順方向に流れる電流Ifによりコイル25
が付勢されていることを示している。第4図の上
部の磁束ループは第2の方向すなわち逆方向に流
れる電流Ifによりコイル24が付勢されている
ことを示し、第4図の下部の磁束ループは第2の
方向すなわち逆方向に流れる電流Ifによりコイ
ル25が付勢されていることを示している。前記
4つの駆動状態を更に詳しく説明するに、前記4
つの駆動状態に対応したステータの磁極歯31
a,32a,33a,34aおよびPM領域40
の位置関係が第5図乃至第8図に部分断面図で示
されている。第3図の下部の磁束ループおよび第
4図の上部の磁束ループに対応する駆動状態は、
第5図乃至第8図には示されていず、ロータ10
が更に15度だけ変位された場合に対応することは
明らかであろう。 第3図乃至第8図において、付勢されているコ
イルを消勢し他のコイルを付勢することによりロ
ータ10は連続的に15度ずつすなわち磁極歯ピツ
チの半分ずつステツプ動作せしめられる。コイル
を付勢する毎に付勢電流の方向は反転せしめられ
る。従つてロータ10が第3図、第3a図および
第5図の位置にありロータを時計方向にステツプ
移動したい時は、コイル24を消勢し外側の磁極
歯33aがS極および内側の磁極歯34aがN極
となるよう、すなわち第4図の下部の磁束ループ
を作り出すようコイル25を付勢する(第4図、
第4a図および第6図を参照)。これにより、ロ
ータ10が時計方向に15度だけステツプ移動さ
れ、ステータの右部11bに対向し且つ極性がN
極およびS極であるPM領域40の磁極面を夫々
S極およびN極に励磁された磁極歯33a,34
aに対し整合せしめる。 同様に、ロータ10を反時計方向にステツプ移
動したい時は、コイル24を消勢し外側の磁極歯
33aがN極および内側の磁極歯34aがS極と
なるようコイル25を付勢する。これによりロー
タ10が反時計方向に15度だけステツプ移動さ
れ、ステータの右部11bに対向し且つ極性がS
極およびN極であるPM領域40の磁極面を夫々
N極およびS極に励磁された磁極歯33a,34
aに対し整合せしめる。 第7図および第4図の上部の磁束ループが示す
第3の駆動状態を作り出せば、ロータ10が更に
時計方向に15度だけステツプ移動する。これはコ
イル25を消勢し、第5図に示すように外側の磁
極歯31aがS極に内側の磁極歯32aがN極と
なるようコイル24を付勢することにより達成さ
れる。これによりロータ10が時計方向に15度だ
けステツプ移動され、ステータの左部11aに対
向し且つ極性がN極およびS極であるPM領域4
0の磁極面を夫々S極およびN極に励磁された磁
極歯31a,32aに対し整合せしめる。 上述により、磁極歯31a,32aおよび33
a,34aとロータ10との位置関係は第3図に
示した初期の状態となるが、磁極歯31a,32
aの極性は逆となる。ロータ16はコイル24お
よび25の付勢状態が変化するまでこの位置を維
持する。 ロータ10を更に時計方向にステツプ移動させ
るには、第8図に示すような磁極歯33a,34
aを励磁し、第3図の下部の磁束ループを形成す
ればよい。この時、コイル24は消勢されコイル
25には第6図の場合とは反対方向の電流が流さ
れる。従つて外側の磁極歯33aがN極に、内側
の磁極歯34aがS極に励磁される。これによ
り、ロータ10は時計方向に更に15度だけステツ
プ移動され、ステータの右部11bに対向し且つ
極性がS極およびN極であるPM領域40の磁極
面を夫々N極およびS極に励磁された磁極歯33
a,34aに対し整合される。従つて磁極歯31
a,32aおよび33a,34aとロータ10と
の位置関係は第4a図に示した如くなるが、磁極
歯の極性は第2の駆動状態である第4図の下部に
示す磁束ループにより誘起された場合とは逆であ
る。 これにより、本発明のステツプモータの4つの
駆動状態が完結されたこととなり、次いで上述し
たように第5図および第3図の上部の磁束ループ
で示す第1の駆動状態を再びとりステツプ動作が
継続される。 本発明のステツプモータの一利点は、コイル2
4,25が共に消勢された時でも確実に停止され
ていることにある。従つてコイル24,25の一
方が付勢される時のロータの最小磁気抵抗位置す
なわち停止位置は、コイル24,25の両方が消
勢され磁束源がロータ10のPM領域40のみの
時の停止位置でもある。コイル24,25の一方
を付勢することにより形成した4つの停止位置す
なわち駆動位置においてPM領域40が磁極歯3
1a,32a又は33a,34aの一方と完全に
整合されていることは第5図乃至第8図から明ら
かであろう。前記4つの停止位置は、コイル2
4,25が付勢されているか否かにかかわらず、
PM領域40のN極およびS極間に流れる磁束に
対し磁気抵抗が最小となる位置でもある。従つて
モータ10がオフされる時すなわちコイル24,
25が共に消勢される時には、保持力は両コイル
24,25のうち少なくとも一方が付勢されるい
る時より弱いが、ロータ10が変位されることも
なくPM領域40により確実に保持されている。 本発明のステツプモータの他の利点は、互いに
噛み合わされた一組の磁極歯が互いに噛み合わさ
れた他の一組の磁極歯より半ピツチだけ円周方向
に偏位されているので、保持力がモータの付勢お
よび消勢の両状態で最大となることにある。これ
は、一方の組の磁極歯が常にPM領域40間の非
磁化領域に対し整合され、このためロータ10の
PM領域40のN極およびS極間を流れる磁束の
帰路として磁気抵抗の小さい磁路を提供している
ことによる。すなわち、ステータの2組の磁極歯
が互いに整合されておけば、本発明のステツプモ
ータとは違つて、磁束がロータ10の両側の壁面
22,23および内・外側のシリンダ16,2
0,17,21から成る長い高磁気抵抗の回路を
常に流れねばならない。これはモータ10がオン
状態およびオフ状態の場合である。しかしなが
ら、ステータの2組の磁極歯が互いに円周方向に
偏位されているので、磁束の通路は常にロータの
片側に限定されることは第3図乃至第8図に示す
磁束の状態から明らかであろう。これにより磁気
ギヤツプ42,43内の磁界の強さが最大とさ
れ、延いてはモータの保持力および出力が最大と
される。更にモータの外径すなわち全体の大きさ
が比較的小さいにもかかわらずこの高出力が得ら
れる。 電源VIを接続してコイル24,25の
付勢および消勢を制御する制御回路を第9図に簡
潔に示す。この制御回路のスイツチング素子SA
1,SA2,SB1,SB2は通常制御信号に従つて
導通および非導通されるトランジスタ又は他の半
導体素子により構成されるが、第9図において
は、継続して開閉される開閉スイツチング素子を
簡潔に図示している。スイツチング素子SA1,
SA2はコイル24を流れる電流を制御し、スイ
ツチング素子SB1,SB2はコイル25を流れる
電流を制御する。 2つのコイル24,25に対し夫々スイツチン
グ素子SA1,SA2,SB1,SB2が2通りに接
続されることは明らかであろう。スイツチング素
子SA1を閉じ、他の3つのスイツチング素子SA
2,SB1,SB2を開くと、コイル24が第9図
に示すように下方に流れる電流Ifにより付勢さ
れ、第5図において図示され且つ第3図の上部の
磁束ループに対応した第1の駆動状態が作り出さ
れる。コイル24を消勢し且つ下方に流れる電流
fによりコイル25を付勢するには、スイツチ
ング素子SA1を開き、スイツチング素子SB1を
閉じ、他の2つのスイツチング素子SA2,SB2
を開のままにしておけばよい。これにより第6図
において図示され且つ第4図の下部の磁束ループ
に対応した第2の駆動状態が作り出される。 コイル25を消勢し且つ逆方向に流れる電流I
rによりコイル24を付勢するには、スイツチン
グ素子SB1を開きスイツチング素子SA2を閉じ
ればよい。これにより、第7図において図示され
且つ第4図の上部の磁束ループに対応した第3の
駆動状態が作り出される。第8図に図示され且つ
第3図の下部の磁束ループに対応した第4の駆動
状態を作り出すにはスイツチング素子SA2を開
きスイツチング素子SB2を閉じればよい。これ
により、逆方向に流れている電流Irによつてコ
イル25を付勢し、コイル24を消勢できる。 従つて、同時には4つのスイツチング素子SA
1,SA2,SB1,SB2のうちの1つのスイツチ
ング素子のみを閉とすることにより、第3図乃至
第8図において図示した4つの駆動状態を形成で
き延いてはロータ10を15度ずつステツプ移動で
きる。上述のスイツチング素子の開閉動作を示せ
ば次表の如くなる。ここで“X”はそのスイツチ
が閉にされていることを示している。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to step motors, and more particularly to step motors in which the polarity of excitation is controlled and circumferentially arranged by energizing at least two different coils to cause the rotor to step. The present invention relates to a step motor containing circumferentially arranged permanent magnets that cooperate with magnetic pole teeth. The main object of the present invention is to provide a step motor which has a relatively large output in relation to its outer diameter or volume. Another object of the present invention is to provide a step motor that can be mass-produced at low cost without using complicated tools. Another object of the present invention is to provide a step motor that reliably stops when turned off so that the output shaft can be maintained at the same position that the shaft occupied immediately before being turned off, even after the step motor is turned off. Still another object of the present invention is to provide a step motor that is relatively simple in construction and has a long life. Other objects and advantages of the invention will become apparent from the following description. The present invention comprises a common axis, a rotor and a stator aligned with the common axis, and further includes first magnetic poles that mesh with each other in a first plane orthogonal to the common axis in which the rotor or the stator is disposed. teeth and second magnetic pole teeth that mesh with each other in a second plane parallel to the first plane; and
first and second coils that excite the outer and inner magnetic pole teeth of the magnetic pole teeth to different polarities, respectively;
The first and second magnetic pole teeth are arranged in a rotor or a stator in which no magnetic pole teeth are arranged, and two adjacent magnetic pole teeth are spaced apart from each other in the circumferential direction so as to be located between the first and second magnetic pole teeth, and the first and second magnetic pole teeth are arranged with different polarities. The present invention provides a step motor comprising a plurality of permanent magnets aligned between first and second magnetic pole teeth excited by two coils. Hereinafter, the present invention will be explained along with preferred embodiments. The step motor shown in FIGS. 1 and 2 includes a disc-shaped rotor 10, a first stator portion, that is, a left portion 11a, and a second stator portion, that is, a right portion 11b, which face the front surface of the rotor 10, respectively. A stator is included. The rotor 10 and the left part 11a and right part 11b of the stator are the shaft 1
2, the rotor 10 is mounted around a non-magnetic hub 13 attached to the end of the shaft 12. Shaft 12 extends from hub 13 through a non-magnetic bearing sleeve 14 in left portion 11a. a snap spring 15 inserted into a groove at the outer end of the spline of the shaft 12;
The shaft 12 is held in a predetermined axial position by a non-magnetic hub 13 located near the inner end of the non-magnetic bearing sleeve 14. The inner peripheral surfaces of the left portion 11a and the right portion 11b are formed of cylinders 16 and 17 made of a magnetically permeable material such as soft iron. Left part 11
The outer circumferential surfaces and outer end surfaces of the right portion a and the right portion 11b are respectively formed of cylinders 18 and 1 with one end surface closed. That is, the outer circumferential surfaces of the left part 11a and the right part 11b are formed by cylinders 20 and 21 of cylindrical bodies 18 and 19, respectively, which are arranged at a predetermined distance from the outer circumferential surface, and the outer end surfaces are formed by the cylinders 20 and 21 of the cylindrical bodies 18 and 19, respectively. ,
Annular wall surfaces 22 and 23 that close one end surface of 21
It is divided by. Two sets of cylinders 16,2
0 and 17, 21, as detailed below,
A set of coils 24, 25 is provided for suitably energizing multiple sets of intermeshed stator poles extending perpendicular to the motor axis. The left part 11a and the right part 11b of the stator are formed of a non-magnetic material such as aluminum, and are opposed to each other with an annular spacer 26 interposed therebetween for suitably positioning the outer magnetic pole teeth of the left part 11a and the right part 11b. ing. An annular member 31 having magnetic poles 31a and 32a extending perpendicularly to the motor axis on the same plane and meshing with each other is provided on the opposing end surfaces of the cylinders 18 and 19, respectively.
32, and annular members 33 and 34 extending perpendicularly to the motor axis on the same plane and having magnetic poles 33a and 34a that are engaged with each other are arranged.
The annular members 31-34 are made of a magnetically permeable material such as soft iron. The outer annular members 31, 33 each include six outer magnetic pole teeth 31a, 33a,
and are fitted into inner grooves bored in the closed ends of the cylinders 18, 19, forming a low magnetic resistance circuit for the magnetic flux induced in the cylinders 20, 21 by the respective coils 24, 25. are doing. On the other hand, annular member 3
2 and 34 are six inner magnetic pole teeth 32a and 34a, respectively.
and is formed integrally with the cylinders 16 and 17, forming a low magnetic resistance circuit for the magnetic flux induced in the cylinders 16 and 17 by the respective coils 24 and 25. Inner/outer magnetic pole teeth 31 of left part 11a of stator
Inner/outer magnetic pole teeth 3 between a and 32a or right part 11b
In order to minimize the leakage of magnetic flux between 3a and 34a, the opposing surfaces of the magnetic pole teeth of the annular members 31 and 32 and the opposing surfaces of the magnetic pole teeth of the annular members 33 and 34 are preferably spaced apart from each other in the radial and circumferential directions. has been done. More specifically, the magnetic pole teeth 31a, 32a are opposed to each other via a radially extending gap 35 and a circumferentially extending gap 36, and the magnetic pole teeth 33a, 34a are opposed to each other via a radially extending gap 37 and a circumferentially extending gap 36. (See FIGS. 3 and 4).
The gaps 35 to 38 are sufficiently large so that the magnetic flux between the magnetic pole teeth 31a to 34a and the cylinders 16 and 1 is larger than the magnetic flux flowing between the adjacent magnetic pole teeth 31a and 32a or between the mutually adjacent magnetic pole teeth 33a and 34a.
The amount of magnetic flux flowing between the permanent magnets 7, 20, 21 or the rotor 10 is overwhelmingly larger. In the illustrated embodiment, each of the left and right parts of the stator includes 12 magnetic pole teeth arranged at equal intervals in the circumferential direction and meshed with each other, but if the number of magnetic pole teeth is different, It will be clear that the step angle can be varied. Next, the rotor 10 will be explained. Permanent magnetization (hereinafter referred to as PM) regions 40 are arranged at equal intervals near the circumference of one ceramic ring 41 fixed to the hub 13. PM area 40
The center of the stator is spaced apart from the motor shaft by approximately the same distance as the distance from the motor shaft of the stator's magnetic pole teeth 31a to 34a, which are arranged opposite to the rotor 10.
Therefore, a pair of magnetic gaps 42, 43 are formed between both end faces of PM region 40 and magnetic pole teeth 31a to 34a. All of the PM regions 40 are magnetized in the direction of the motor shaft, and adjacent regions are magnetized in opposite directions as indicated by N and S in FIG. If desired, permanent magnets may be mounted on non-magnetic bearings fixed to the hub 13 to form the rotor. Cylinder 20 of left part 11a and right part 11b,
Since an annular spacer 26 that magnetically shields the rotor 10 surrounds the rotor 10, magnetic flux passing between the left portion 11a and the right portion 11b must pass through the PM region of the rotor. The annular spacer 26
Six alignment members 51 and 52 are formed on both side surfaces of the stator and extend into the gap between the inner and outer magnetic pole teeth 31a, 32a and 33a, 34a of the stator, respectively, and are spaced apart from each other in the circumferential direction. There is.
The alignment members 51 and 52 each have two sets of inner and outer annular members 31, 32 and 3 at desired positions in the circumferential direction.
3,34 are held accurately. Aligning member 51,
52 is suitably fitted between mutually adjacent outer magnetic pole teeth 31a and between mutually adjacent outer magnetic pole teeth 34a to hold the annular members 31, 33 in place. In order to hold the inner magnetic pole teeth 32 and 34, the inner magnetic pole teeth 32 and 34 are provided on the inner surfaces of the alignment members 51 and 52.
A central recess 51a or 52a is provided (52a not shown) for receiving and retaining the tip of a, 34a. Since the outer magnetic pole teeth 31a and the inner magnetic pole teeth 32a are in contact with different end surfaces of the coil 24,
Outer magnetic pole teeth 31a and inner magnetic pole teeth 3 adjacent to each other
2a is magnetized in the opposite direction. Similarly, the outer magnetic pole teeth 33a and the inner magnetic pole teeth 34a are connected to the coil 25, respectively.
Since the outer magnetic pole teeth 33a and the inner magnetic pole teeth 34a that are adjacent to each other are in contact with different end surfaces of the magnetic pole teeth 33a and 34a, they are magnetized in opposite directions. Since the coils 24 and 25 are wound around the motor shaft, the coil 24
The directions of the magnetic fluxes induced in the cylinders 16, 20 adjacent to the coil 25 are opposite to each other, and the directions of the magnetic fluxes induced in the cylinders 17, 21 adjacent to the coil 25 are also opposite to each other. The direction of the magnetic flux induced in the inner cylinders 16, 17 is therefore always opposite to the direction of the magnetic flux induced in the outer cylinders 20, 21, respectively. Furthermore, the polarity of the outer magnetic pole tooth 31a and the inner magnetic pole tooth 32a is opposite, and the polarity of the outer magnetic pole tooth 33a and the inner magnetic pole tooth 34a is opposite, and the polarity is the same as that of the coils 24 and 25. Determined by the direction of the current. A switching circuit is provided which reverses the direction of the current each time one of the coils 24, 25 is energized to control the direction of stepping of the rotor 10, as will be explained in more detail below. When the coil 24 on the left side 11a of the stator or the coil 25 on the right side 11b of the stator is energized, the rotor 1
0 PM region 40 is the nearest opposite polarity magnetic pole tooth 3
It is attracted to 1a to 34a. For example, as shown in FIG. 3, the left part 11a of the stator has magnetic pole teeth 31a, 3
2a, the magnetic flux induced in the outer cylinder 20 is excited to the N pole outer magnetic pole tooth 31a.
, and further enters the PM region 40 in the rotor 10 whose end face facing the magnetic pole teeth 31a is the S pole. At the same time, magnetic flux flows from the north end face of the PM region 40 in the rotor 10 to the magnetic flux induced in the inner cylinder 16 via the inner magnetic pole teeth 32a excited to the opposing south pole. Magnetic flux flows from the cylinder 16 to the annular wall surface 22 of the cylindrical body 18 . Third
The magnetic flux shown in the upper half of the figure maintains the rotor 10 in the position shown unless the excitation current of at least one of the coils 24, 25 changes. Since the left part 11a and the right part 11b of the stator each include 12 magnetic pole teeth, namely 6 outer magnetic pole teeth and 6 inner magnetic pole teeth, the left part 11a
The pitch of the magnetic pole teeth of the right portion 11b is 30 degrees. Further, the magnetic pole teeth 33a, 34a of the right portion 11b are offset by 15 degrees with respect to the magnetic pole teeth 31a, 32a of the left portion 11a. The pitch of the PM region 40 of the rotor 10 is the left part 11a or the right part 11 of the stator.
It is the same as the pitch of the magnetic pole teeth in b, that is, 30 degrees.
Therefore, as shown in FIG. 3 and FIG.
a, 32a, the magnetic pole teeth 33a, 34a of the right portion 11b are aligned with the non-magnetized region between the PM regions 40. Further, as shown in FIGS. 4 and 4a, the PM region 40 of the rotor 10 is located in the right portion 11b.
When aligned with the magnetic pole teeth 33a, 34a of the left part 1
The magnetic pole teeth 31a, 32a of 1a are aligned with the non-magnetized region between the PM regions. Since the magnetic pole teeth on the left side 11a and the magnetic pole teeth on the right side 11b of the stator are offset from each other, the magnetic pole teeth on the left side 11a or the right side as shown using magnetic flux lines in FIGS. The magnetic pole teeth of the portion 11b effectively act as a return path for the magnetic flux passing through the magnetic pole teeth of the right portion 11b or the left portion 11a and the PM region 40 of the rotor 10. That is, the return path of the magnetic flux loop shown at the top of FIG.
The magnetic resistance of the return path is formed by the inner magnetic pole teeth 34a of the inner cylinder 17 and the cylindrical body 19.
This is significantly smaller than the magnetic resistance of the base steel. Similarly, in the case of the magnetic flux loop shown in the lower part of FIG. This is significantly smaller than the magnetic resistance of . The four magnetic flux loops shown in Figures 3 and 4 are:
Four different driving states are shown, each of which sequentially steps the rotor 10 through an angle of 15 degrees. More specifically, the upper magnetic flux loop in FIG. 3 indicates that the coil 24 is energized by the current If flowing in the first or forward direction, and the lower magnetic flux loop in FIG. Due to the current If flowing in the direction of , that is, the forward direction, the coil 25
indicates that it is energized. The upper magnetic flux loop of FIG. 4 indicates that the coil 24 is energized by a current I f flowing in a second or reverse direction, and the lower magnetic flux loop of FIG. This shows that the coil 25 is energized by the current I f flowing through. To explain the four driving states in more detail, the four driving states are as follows.
Stator magnetic pole teeth 31 corresponding to two driving states
a, 32a, 33a, 34a and PM area 40
The positional relationships between the two are shown in partial cross-sectional views in FIGS. 5 to 8. The driving states corresponding to the lower magnetic flux loop in FIG. 3 and the upper magnetic flux loop in FIG. 4 are as follows:
Not shown in FIGS. 5 to 8, the rotor 10
It will be clear that this corresponds to the case where is displaced by an additional 15 degrees. 3-8, the rotor 10 is successively stepped in 15 degree increments, or half a pole tooth pitch, by deenergizing the energized coils and energizing the other coils. Each time the coil is energized, the direction of the energizing current is reversed. Therefore, when the rotor 10 is in the position of FIGS. 3, 3a, and 5 and it is desired to step the rotor clockwise, the coil 24 is deenergized so that the outer pole tooth 33a is at the south pole and the inner pole tooth 33a is at the south pole. The coil 25 is energized so that 34a becomes the N pole, that is, to create the magnetic flux loop shown in the lower part of FIG.
4a and 6). As a result, the rotor 10 is moved clockwise in steps of 15 degrees so that it faces the right side 11b of the stator and has a polarity of N.
The magnetic pole faces 33a and 34 of the PM region 40, which are the pole and the south pole, are excited to the south pole and the north pole, respectively.
Make it consistent with a. Similarly, when it is desired to step the rotor 10 counterclockwise, the coil 24 is deenergized and the coil 25 is energized so that the outer magnetic pole tooth 33a becomes the north pole and the inner magnetic pole tooth 34a becomes the south pole. This moves the rotor 10 counterclockwise by 15 degrees so that it faces the right side 11b of the stator and has a polarity of S.
The magnetic pole faces 33a and 34 of the PM region 40, which are poles and north poles, are excited to the north pole and south pole, respectively.
Make it consistent with a. Producing the third drive condition shown by the upper magnetic flux loops of FIGS. 7 and 4 causes rotor 10 to move an additional 15 degrees clockwise. This is accomplished by deenergizing the coil 25 and energizing the coil 24 so that the outer magnetic pole tooth 31a becomes the south pole and the inner magnetic pole tooth 32a becomes the north pole, as shown in FIG. As a result, the rotor 10 is moved in steps of 15 degrees clockwise, and the PM region 4 facing the left part 11a of the stator and having the north and south polarities is moved.
The magnetic pole faces of 0 are aligned with the magnetic pole teeth 31a and 32a which are excited to the S and N poles, respectively. As described above, the magnetic pole teeth 31a, 32a and 33
The positional relationship between the magnetic pole teeth 31a and 34a and the rotor 10 is in the initial state shown in FIG.
The polarity of a is reversed. Rotor 16 remains in this position until the energization of coils 24 and 25 changes. To further move the rotor 10 in a clockwise direction, the magnetic pole teeth 33a, 34 as shown in FIG.
a can be excited to form the magnetic flux loop shown in the lower part of FIG. At this time, the coil 24 is deenergized and a current flows through the coil 25 in the opposite direction to that shown in FIG. Therefore, the outer magnetic pole tooth 33a is excited to the north pole, and the inner magnetic pole tooth 34a is excited to the south pole. As a result, the rotor 10 is further moved by 15 degrees in a clockwise direction, and the magnetic pole faces of the PM region 40, which faces the right side 11b of the stator and whose polarities are S and N poles, are excited to N and S poles, respectively. magnetic pole teeth 33
a, 34a. Therefore, the magnetic pole teeth 31
The positional relationship between a, 32a, 33a, and 34a and the rotor 10 is as shown in FIG. 4a, but the polarity of the magnetic pole teeth is induced by the magnetic flux loop shown at the bottom of FIG. 4 in the second driving state. The opposite is the case. This completes the four driving states of the step motor of the present invention, and then, as described above, the first driving state shown by the magnetic flux loop at the top of FIGS. 5 and 3 is resumed and the step operation is performed. Continued. One advantage of the step motor of the present invention is that the coil 2
The reason is that even when both 4 and 25 are de-energized, they are reliably stopped. Therefore, the minimum reluctance or stop position of the rotor when one of the coils 24, 25 is energized is the stop position when both coils 24, 25 are de-energized and the only source of magnetic flux is the PM region 40 of the rotor 10. It's also the location. At four stop positions, that is, drive positions, formed by energizing one of the coils 24 and 25, the PM region 40 moves toward the magnetic pole tooth 3.
It will be clear from FIGS. 5-8 that it is fully aligned with one of 1a, 32a or 33a, 34a. The four stopping positions are the coil 2
Regardless of whether 4, 25 is energized or not,
This is also the position where the magnetic resistance to the magnetic flux flowing between the north and south poles of the PM region 40 is the minimum. Therefore, when the motor 10 is turned off, i.e. the coils 24,
When both coils 25 are deenergized, the holding force is weaker than when at least one of both coils 24 and 25 is energized, but the rotor 10 is not displaced and is securely held by the PM region 40. There is. Another advantage of the step motor of the present invention is that one set of intermeshed pole teeth is offset circumferentially by a half pitch from another set of intermeshed pole teeth, so that the holding force is reduced. It is to be maximum in both the energized and deenergized states of the motor. This is because one set of pole teeth is always aligned with respect to the non-magnetized region between the PM regions 40 and thus the rotor 10
This is because a magnetic path with low magnetic resistance is provided as a return path for the magnetic flux flowing between the north and south poles of the PM region 40. That is, if the two sets of magnetic pole teeth of the stator are aligned with each other, unlike the step motor of the present invention, the magnetic flux will be distributed between the wall surfaces 22 and 23 on both sides of the rotor 10 and the inner and outer cylinders 16 and 2.
It must always flow through a long high reluctance circuit consisting of 0, 17, 21. This is the case when the motor 10 is in the on and off states. However, since the two sets of magnetic pole teeth of the stator are circumferentially offset from each other, it is clear from the magnetic flux conditions shown in Figures 3 to 8 that the path of the magnetic flux is always confined to one side of the rotor. Will. This maximizes the strength of the magnetic field within the magnetic gaps 42, 43, which in turn maximizes the holding force and output of the motor. Furthermore, this high output is achieved despite the fact that the outer diameter or overall size of the motor is relatively small. A control circuit for controlling energization and deenergization of the coils 24 and 25 by connecting the power supply VI is briefly shown in FIG. Switching element SA of this control circuit
1. SA2, SB1, and SB2 are normally composed of transistors or other semiconductor elements that are turned on and off according to control signals, but in Fig. 9, switching elements that are continuously opened and closed are simply shown. Illustrated. Switching element SA1,
SA2 controls the current flowing through the coil 24, and switching elements SB1 and SB2 control the current flowing through the coil 25. It will be clear that the switching elements SA1, SA2, SB1, SB2 are connected in two ways to the two coils 24, 25, respectively. Close switching element SA1 and close the other three switching elements SA.
2, when SB1 and SB2 are opened, the coil 24 is energized by the downwardly flowing current I f as shown in FIG. A driving state is created. To deenergize the coil 24 and energize the coil 25 with the downward current I f , the switching element SA1 is opened, the switching element SB1 is closed, and the other two switching elements SA2, SB2 are activated.
You can leave it open. This creates a second drive condition illustrated in FIG. 6 and corresponding to the lower flux loop of FIG. A current I that deenergizes the coil 25 and flows in the opposite direction
To energize the coil 24 by r , it is sufficient to open switching element SB1 and close switching element SA2. This creates a third drive state illustrated in FIG. 7 and corresponding to the upper flux loop of FIG. To create the fourth driving state shown in FIG. 8 and corresponding to the lower magnetic flux loop in FIG. 3, switching element SA2 is opened and switching element SB2 is closed. Thereby, the coil 25 can be energized and the coil 24 can be deenergized by the current I r flowing in the opposite direction. Therefore, four switching elements SA at the same time
By closing only one switching element among 1, SA2, SB1, and SB2, the four driving states shown in FIGS. can. The opening/closing operation of the above-mentioned switching element is shown in the following table. Here, the "X" indicates that the switch is closed.

【表】 ロータを逆方向に回転するには、上表のスイツ
チング素子の開閉動作を単に逆にすればよい。 上表のスイツチング素子の開閉動作によるコイ
ルの付勢を第10図において時間の凾数である波
形を用いて説明する。2つの波形A,Bは夫々コ
イル24,25の動作状態を示しており、“+”
領域は一方向の電流例えばIfが流れ、“−”領域
は反対方向の電流例えばIrが流れていることを
示している。従つて波形Aは、コイル24がまず
t0からt1までの期間にわたつて電流Ifにより付勢
されることを示している。一方波形Bは、コイル
25がt0からt1までの期間にわたつて消勢されて
いることを示している。時刻t1においてコイル2
4は消勢され且つコイル25がt1からt2までの期
間にわたつて電流Ifにより付勢される。時刻t2
おいてコイル25は消勢され且つコイル24がt2
からt3までの期間にわたつて電流Irにより再び
付勢される。時刻t3においてコイル24は再び消
勢され、且つコイル25がt3からt4までの期間に
わたつて電流Irにより再び付勢される。ロータ
10はt0−t1,t1−t2,t2−t3,t3−t4の各期間の始
めに15度ずつ連続してステツプ移動することは理
解されよう。 第11図に本発明のステツプモータの別の実施
例におけるスイツチング素子の開閉動作を示して
いる。この場合は、2組の磁極歯は互いに半ピツ
チだけ変位されているのではなく互いに整合され
ている。この時、2組の磁極歯は同時に付勢され
るが、極性は異なつており、ロータ10の安定な
停止位置は互いに対向する2組の磁極歯の円周方
向の中間位置及び互いに対向する2組の磁極歯の
位置にある。従つて第11図のコイル24がt0
らt2までの期間にわたつて電流Irにより付勢さ
れ、外側の磁極歯31aがS極に内側の磁極歯3
2aがN極に励磁される。コイル25はt0からt1
までの期間にわたつて電流Ifにより付勢され、
外側の磁極歯33aがN極に内側の磁極歯34a
がS極に励磁される。これにより、ロータを介し
て対向する各組の磁極歯は反対の磁極を有するの
で、ロータはPM領域40がステータの磁極歯と
円周方向に整合される位置にある。 時刻t1ではコイル24の付勢状態は変らない
が、コイル25の電流はIfからIrへと反転さ
れ、外側の磁極歯33aをS極に内側の磁極歯3
4aをN極に励磁する。このためロータが15度だ
けステツプ移動し新たな安定位置となる。すなわ
ち、ロータを介して対向された2組の磁極歯は同
極性となるので、PM領域40はステータの磁極
歯間のギヤツプに整合されている。この場合、ロ
ータ10に働く2つの磁力はPM領域が磁極歯間
のギヤツプと整合される時平衡となる。 時刻t2では、コイル25の付勢状態は変らない
がコイル24の電流はIrからIfへと反転され、
外側の磁極歯31aをN極に内側の磁極歯32a
をS極に励磁する。従つてロータを介して対向す
る各組の磁極歯は再び反対の極性を有し、ロータ
が15度だけステツプ移動して新しい安定位置とな
る。この場合、PM領域40はステータの磁極歯
と整合されている。 時刻t3では、コイル24は電流Ifにより付勢
されているが、コイル25の電流はIrからIf
と反転され、延いては磁極歯33a,34aの極
性が反転され、ロータが更に15度回転される。ロ
ータがこの新しい安定位置にある場合、ロータ1
0を介して対向する2組の磁極歯が再び同一極性
をなるので、PM領域40が再びステータの磁極
歯間のギヤツプと整合される。このようにして第
11図のスイツチング素子の開閉動作が中断され
るまでロータはステツプ動作を続ける。 以上説明したステツプモータにはロータとして
永久磁石を有する環状体が、ステータの一部とし
て2組の互いに噛み合わされた磁極歯が包有され
ているが、これらの構成を逆としてもよいことは
明らかであろう。従つて永久磁石を有する環状体
41はシヤフト12に枢支され、かつ非磁性の環
状スペーサ26に固定されて一つのステータとし
て機能し、2組の互いに噛み合わされた磁極歯は
シヤフト12に固着されたロータとして作用せし
められてもよい。 本発明のステツプモータが外径すなわち容積の
割には比較的大きな出力を出しうることは上述の
説明から明らかであろう。本発明のステツプモー
タは低廉に大量生産でき、かつ各構成要素の構造
が簡単なので複雑な道具を必要としない。また本
発明のステツプモータはオフされても確実に停止
可能なので、モータのオフ時の位置に出力シヤフ
トを維持しうる。更に、構成が簡単なので寿命も
長い。
[Table] To rotate the rotor in the opposite direction, simply reverse the opening and closing operations of the switching elements shown in the table above. The energization of the coil due to the opening and closing operations of the switching elements shown in the above table will be explained using a waveform as a function of time in FIG. Two waveforms A and B indicate the operating states of the coils 24 and 25, respectively, and the "+"
The regions indicate that a current in one direction, such as If, flows , and the "-" region indicates that a current, for example, Ir , flows in the opposite direction. Therefore, waveform A shows that the coil 24 is
It shows that it is energized by the current If over the period from t 0 to t 1 . Waveform B, on the other hand, shows that coil 25 is deenergized over the period from t 0 to t 1 . Coil 2 at time t 1
4 is deenergized and coil 25 is energized by the current If over the period from t 1 to t 2 . At time t2 , coil 25 is deenergized and coil 24 is at time t2
It is again energized by the current I r over the period from t 3 to t 3 . At time t 3 the coil 24 is again deenergized and the coil 25 is reenergized by the current I r for the period from t 3 to t 4 . It will be appreciated that the rotor 10 moves in consecutive steps of 15 degrees at the beginning of each period t 0 -t 1 , t 1 -t 2 , t 2 -t 3 , t 3 -t 4 . FIG. 11 shows the opening/closing operation of the switching element in another embodiment of the step motor of the present invention. In this case, the two sets of pole teeth are not offset by half a pitch from each other, but are aligned with each other. At this time, the two sets of magnetic pole teeth are energized at the same time, but the polarity is different, and the stable stopping position of the rotor 10 is the intermediate position in the circumferential direction of the two sets of magnetic pole teeth facing each other, and the two sets of magnetic pole teeth facing each other. Located at the position of the set of magnetic pole teeth. Therefore, the coil 24 in FIG. 11 is energized by the current I r over a period from t 0 to t 2 , and the outer magnetic pole tooth 31a becomes the S pole and the inner magnetic pole tooth 3
2a is excited to the north pole. Coil 25 is from t 0 to t 1
energized by the current I f over a period of
The outer magnetic pole tooth 33a is the N pole and the inner magnetic pole tooth 34a is the N pole.
is excited to the south pole. This causes the rotor to be in a position where the PM region 40 is circumferentially aligned with the stator pole teeth, since each set of pole teeth facing each other across the rotor has an opposite magnetic pole. At time t1 , the energization state of the coil 24 does not change, but the current in the coil 25 is reversed from If to Ir , and the outer magnetic pole tooth 33a becomes the S pole and the inner magnetic pole tooth 3
4a is excited to the N pole. This causes the rotor to move in steps of 15 degrees to a new stable position. That is, since the two sets of magnetic pole teeth facing each other across the rotor have the same polarity, the PM region 40 is aligned with the gap between the magnetic pole teeth of the stator. In this case, the two magnetic forces acting on the rotor 10 are balanced when the PM region is aligned with the gap between the pole teeth. At time t2 , the energization state of the coil 25 does not change, but the current in the coil 24 is reversed from I r to I f ,
The outer magnetic pole tooth 31a is the N pole and the inner magnetic pole tooth 32a is the N pole.
is excited to the S pole. Thus, each set of pole teeth facing each other across the rotor once again has an opposite polarity, and the rotor steps 15 degrees to a new stable position. In this case, the PM region 40 is aligned with the stator pole teeth. At time t3 , the coil 24 is energized by the current If , but the current in the coil 25 is reversed from Ir to If , which in turn reverses the polarity of the magnetic pole teeth 33a, 34a, and the rotor Rotated an additional 15 degrees. When the rotor is in this new stable position, rotor 1
Since the two sets of pole teeth facing each other through 0 are again of the same polarity, the PM region 40 is again aligned with the gap between the stator pole teeth. In this manner, the rotor continues to step until the opening/closing operation of the switching element shown in FIG. 11 is interrupted. Although the step motor described above includes an annular body having a permanent magnet as a rotor and two sets of mutually meshed magnetic pole teeth as part of a stator, it is clear that these configurations may be reversed. Will. Therefore, the annular body 41 having a permanent magnet is pivotally supported on the shaft 12 and fixed to the non-magnetic annular spacer 26 to function as one stator, and the two sets of mutually meshed magnetic pole teeth are fixed to the shaft 12. It may also be made to act as a rotor. It will be clear from the above description that the step motor of the present invention is capable of producing a relatively large output considering its outer diameter or volume. The step motor of the present invention can be mass-produced at low cost, and since the structure of each component is simple, no complicated tools are required. Furthermore, since the step motor of the present invention can be reliably stopped even when turned off, the output shaft can be maintained at the position when the motor was turned off. Furthermore, since the structure is simple, the lifespan is long.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明によるステツプモータの縦断面
図、第2図は第1図のほぼ線2−2に沿つて切断
された断面図、第3図は第1図および第2図のス
テツプモータの分解斜視図、第3a図は第3図の
モータの部分拡大断面図、第4図は第3図のモー
タの異なる動作状態での斜視図、第4a図は第4
図のモータの部分拡大断面図、第5図乃至第8図
は第1図のモータのロータおよびステータ磁極歯
部分の簡略部分断面図、第9図は第1図のステツ
プモータに使用される2コイルを制御するスイツ
チング回路、第10図および第11図はコイルを
付勢するためのスイツチング素子の開閉動作の説
明図を示す。 10……ロータ、11……ステータ、11a…
…左部、11b……右部、12……シヤフト、1
3……ハブ、14……ベヤリング、15……スナ
ツプリング、16,17……シリンダ、18,1
9……筒体、20,21……シリンダ、22,2
3……壁面、24,25……コイル、26……環
状スペーサ、31乃至34……環状部材、31
a,32a,33a,34a……磁極歯、35,
37……ギヤツプ、36,38……ギヤツプ、4
0……PM領域、41……リング、42,43…
…ギヤツプ、51,52……整合部材、51a,
52a……溝、SA1,SA2,SB1,SB2……
スイツチング素子。
1 is a longitudinal cross-sectional view of a step motor according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken approximately along line 2--2 in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the step motor of FIGS. 1 and 2. FIG. 3A is a partially enlarged sectional view of the motor in FIG. 3, FIG. 4 is a perspective view of the motor in FIG. 3 in different operating states, and FIG.
5 to 8 are simplified partial sectional views of the rotor and stator pole teeth of the motor shown in FIG. 1, and FIG. 9 is a partial enlarged sectional view of the motor shown in FIG. 10 and 11 are explanatory views of the switching circuit for controlling the coil, and the opening/closing operation of the switching element for energizing the coil. 10...Rotor, 11...Stator, 11a...
...Left part, 11b...Right part, 12...Shaft, 1
3...Hub, 14...Bearing, 15...Snat spring, 16,17...Cylinder, 18,1
9... Cylindrical body, 20, 21... Cylinder, 22, 2
3... Wall surface, 24, 25... Coil, 26... Annular spacer, 31 to 34... Annular member, 31
a, 32a, 33a, 34a...magnetic pole teeth, 35,
37...gap, 36, 38...gap, 4
0...PM area, 41...Ring, 42, 43...
... Gap, 51, 52 ... Alignment member, 51a,
52a...Groove, SA1, SA2, SB1, SB2...
switching element.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 共通軸に対し互いに整合されたロータおよび
ステータを有するステツプモータにおいて、ロー
タおよびステータの一方に包有され、内側磁極歯
および内側磁極歯に対し半径方向かつ円周方向に
離間された外側磁極歯を夫々有し、共に前記共通
軸に対し直交して延び軸方向に互いに離間され、
かつ一方の磁極歯群が他方の磁極歯群に対し円周
方向に偏位された一組の磁極歯群と、夫々磁極歯
群のいずれか一と連係され付勢されたときこの一
の磁極歯群の内側および外側磁極歯を異極に励磁
する一組のコイルと、前記ロータおよび前記ステ
ータの他方に包有され、軸方向に着磁され円周方
向に互いに離間されかつ前記一組の磁極歯群間に
おいて軸方向に位置し、コイルの一方が付勢され
たとき吸引されてこのコイルと連係する磁極歯群
に整合されると共に別の磁極歯群間に位置せしめ
られ、付勢状態にあるコイルと連係する磁極歯群
を通る磁束に対し磁束の帰路を形成するように配
列され、消勢時に一組の磁極歯群の一方と整合可
能に設けられた複数の永久磁石と、各コイルを交
互に付勢し付勢状態にあるコイルと連係する磁極
歯群を交互に異極性に磁化可能な装置とを備えて
なることを特徴とするステツプモータ。
1. In a step motor having a rotor and a stator mutually aligned about a common axis, inner pole teeth and outer pole teeth radially and circumferentially spaced apart from the inner pole teeth are contained in one of the rotor and the stator. , each extending perpendicularly to the common axis and spaced apart from each other in the axial direction;
and a set of magnetic pole teeth in which one magnetic pole tooth group is offset in the circumferential direction with respect to the other magnetic pole tooth group; a set of coils for exciting the inner and outer magnetic pole teeth of the tooth group to different polarities; It is located in the axial direction between the magnetic pole tooth groups, and when one of the coils is energized, it is attracted and aligned with the magnetic pole tooth group associated with this coil, and is positioned between another magnetic pole tooth group, and is in an energized state. a plurality of permanent magnets arranged to form a return path for magnetic flux passing through a set of magnetic pole teeth associated with the coil in the coil, and each permanent magnet arranged to be aligned with one of the set of magnetic pole teeth when deenergized; A step motor comprising a device that alternately energizes coils and alternately magnetizes groups of magnetic pole teeth associated with the energized coils to different polarities.
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